This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
AKÜ FEMÜBİD 18 (2018) 017202 (1190-1202) AKU J. Sci. Eng.18 (2018) 017202 (1190-1202) DOI: 10.5578/fmbd.67676
Araştırma Makalesi / Research Article
Düşük Sıcaklıklarda Au/Organometalik Kompleks/n-Si MIS Yapısının Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi
Cihat Özaydın
Batman Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Batman.
etkenlerden biridir. Yüksek ideality faktörlü ve seri
dirençli Au/OMC/n-Si diyodunun seri direncini
hesaplamak için Norde metodunu kullandık (Norde,
1979). Modifiye Norde fonksiyonu aşağıdaki gibi
tanımlanmıştır (Bohlin 1986);
2*
)(ln)(
TAA
VI
q
kTVVF
(11)
Burada , idealite faktörü n'den büyük olan
boyutsuz bir tam sayı, I(V) ise akım-gerilim
eğrisinden elde edilen akımdır.F-V çiziminin
minimum değeri belirlendikten sonra, engel
yüksekliğinin değeri, Eşitlik 12‘den elde edilebilir.
Burada F(V0), F(V) 'in minimum noktası ve V0, ona
karşılık gelen voltajdır.
q
kTVVFb
0
0 )( (12)
0 1 2 3 4Voltaj (V)
0.3
0.7
1.1
1.5
F(V
) (V
olt
)
300 K
100 K
T=25 K
Şekil 11. 100 K ve 300 K arasında (25 K'l ik bir adımlarla)
sıcaklığın fonksiyonu olarak Au / OMC / n-Si
diyotunun F(V)-V karakteristiği .
Şekil 12, Au/OMC/n-Si diyotlarının sıcaklığın
fonksiyonu olarak F(V)-V çizimlerini
Düşük Sıcaklıklarda Au/Organometalik Kompleks/n-S Yapısının Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi, Özaydın
1199
göstermektedir.Norde fonksiyonlarından seri
direnci ( sR ) şu şekilde ifade edilmiştir:
qI
nkTRs
)(
(13)
Au/OMC/n-Si yapılarının engel yüksekliği ve seri
direnç değerleri F-V grafiklerinden F (V0) ve V0
değerleri kullanılarak hesaplanmıştır.
50 100 150 200 250 300 350
T (K)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
b
(eV
)
200
400
600
800
1000
1200
1400
Rs
(oh
m)
Şekil 12. Au/OMC/n-Si diyotu için Norde metodundan
elde edilen sıcaklığa bağlı engel yüksekliği (Φb) ve seri
direnç (Rs) karakteristiği.
Şekil 12, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak Au/OMC/n-
Si diyotları için F (V) -V çizimlerinden elde edilen
BH'lerin ve seri dirençlerin değişimini
göstermektedir. Bu grafikleri kullanarak
Au/OMC/n-Si diyodu için engel yükseklikleri (açık
karelerle gösterilen) ve seri dirençlerin Rs (dolu
üçgenlerle gösterilen) deneysel değerleri sırasıyla
100 K'da 0.38 eV ve 1270 Ω ve 300 K ‘da 0.75 eV ve
292 Ω olarak hesaplandı. Şekil 12'den
görülebileceği üzere, sıcaklık azaldıkça engel
yüksekliği azalmakta ve seri direnci artmaktadır.Bu
durum, n'nin artması ve/veya düşük sıcaklıklarda
serbest taşıyıcı yoğunluğunun olmaması ve
doğrusal olmayan etkilerlerle açıklanabilir.Elde
edilen sonuçlar, seri direnç değerlerinin çok yüksek
olduğunu ve seri direncin Au/OMC/n-Si yapısı için
akımsınırlayıcı bir faktör olduğunu
göstermektedir.Ayrıca, Rs'nin yüksek değerleri
düşük sıcaklıklarda akım taşıyıcıların
hareketsizliğinden kaynaklanabilir.Rs etkisi
genellikle akımın üzerinden geçtiği seri bağlı bir
diyot ve bir direnç kombinasyonu ile modellenir.
Diyot boyunca gerilim, diyot ve direnç Rs üzerinde
toplam gerilim azalması açısından ifade edilebilir
(Keffous et. al 2003). Düşük sıcaklıktaki seri
direncin yüksek değerleri, daha yüksek ileri beslem
voltajlarında OMC ince filmine alan-yüklü
enjeksiyona bağlı olarak, akımdaki katlanarak artan
hızın azalmasına atfedilebilir. Düşük sıcaklıktaki seri
direncin yüksek değerleri, daha yüksek ileri beslem
voltajlarında OMC ince filmine uzay-yükü
enjeksiyona bağlı olarak, akımdaki eksponansiyel
azalışa atfedilebilir.Düşük sıcaklıklarda akımın
kontrolüne bir başka mekanizmanın daha
başladığını tahmin ediyoruz.Bu mekanizma düşük
sıcaklık etkileri nedeniyle yüksek olasılıklı
tünellemedir (Aydoǧan et. al 2009). Bunun yanı
sıra, I-V karakteristiği ve modifiye edilmiş Norde
fonksiyonundan elde edilen engel yükseklik
değerleri arasında iyi bir uyum vardır.
4. Sonuç
Bu çalışma, OMC bileşiklerinin diğer adaylar
arasından MIS aygıtları için potansiyel bir organik
ince tabaka olarak düşünülmesi gerektiğini
göstermektedir. Au/OMC/n-Si MIS diyotlarının I-V
özellikleri 100-300 K sıcaklık aralığında
incelendi.İleri beslem I-V karakteristikleri, Au /
OMC / n-Si MIS diyotlarındaki akım taşıma
mekanizmasının bulunmasında ve farklı
sıcaklıklarda idealite faktörü 𝑛'nin ve engel
yüksekliğinin Φb değişiminin değerlendirilmesi için
kullanılmıştır. Özetle, sıcaklık düşüşü ile deneysel
BH'de anormal bir azalma ve sıcaklık düşüşü ile
idealite faktöründe bir artış gözlemlenmiştir. Bu,
metal yarıiletken arayüzündeki yerel engel
yüksekliklerinin homojensizliğine atfedilmiştir.
Au/OMC/n-SiMIS yapısının sıcaklığa bağlı I-V
karakteristikleri sırasıyla 1.17 eV ve 0.81 eV
ortalama engel yükseklikleri ve 146 mV ve 94 mV
standart sapmaları veren olan ikili Gauss dağılımı
göstermiştir. Ayrıca, Au/OMC/n-Si diyotunun oda
sıcaklığında kapasite-gerilim karakteristikleri de
incelenmiştir.
Düşük Sıcaklıklarda Au/Organometalik Kompleks/n-S Yapısının Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi, Özaydın
1200
Teşekkür
Sıcaklığa bağlı ölçümleri almada tecrübesinde
faydalandığım Doç Dr. Osman PAKMA’ya ve faydalı
yorum ve tavsiyeleri için Doç. Dr. Ömer GÜLLÜ’ye
teşekkür ederim.
Kaynaklar
Akkiliç, K., Ocak, Y. S., Kil içoǧlu, T., Ilhan, S., and Temel, H., 2010. Calculation of current-voltage characteristics of a Cu (II) complex/n-Si/AuSb
Schottky diode. Current Applied Physics, 10(1), 337–341.
Altindal, Ş, Karadeniz, S., Tuğluoğlu, N., and Tataroglu, A., 2003. The role of interface states and series
resistance on the I-V and C-V characteristics in Al/SnO2/p-Si Schottky diodes. In Solid-State Electronics, 47, 1847–1854.
Antohe, S., Tomozeiu, N., and Gogonea, S., 1991.
Properties of the Organic‐on‐Inorganic Semiconductor Barrier Contact Diodes In/PTCDI/p‐Si and Ag/CuPc/p‐Si. Physica Status Solidi (a), 125(1),
397–408. Attia, A. A., Saadeldin, M. M., Soliman, H. S., Gadallah,
A.-S., and Sawaby, K., 2016. Structural and optical properties of p-quaterphenyl thin fi lms and
application in organic/inorganic photodiodes. Optical Materials, 62, 711–716.
Aydoǧan, Ş., Saǧlam, M., Türüt, A., and Onganer, Y.,
2009. Series resistance determination of Au/Polypyrrole/p-Si/Al structure by current-voltage measurements at low temperatures. Materials Science and Engineering C, 29(4), 1486–1490.
Ayyildiz, E., Cetin, H., and Horváth, Z. J., 2005. Temperature dependent electrical characteristics of Sn/p-Si Schottky diodes. Applied Surface Science, 252(4), 1153–1158.
Bohlin, K. E., 1986. Generalized Norde plot including determination of the ideality factor. Journal of Applied Physics, 60(3), 1223–1224.
Bolognesi, A., Di Carlo, A., Lugli, P., Kampen, T., and Zahn, D. R. T., 2003. Experimental investigation and simulation of hybrid organic/inorganic Schottky diodes. Journal of Physics Condensed Matter, 15(38),
s2719. Chand, S., and Kumar, J., 1995. Current-voltage
characteristics and barrier parameters of Pd2Si/p-Si(111) Schottky diodes in a wide temperature range.
Semiconductor Science and Technology, 10(12), 1680–1688.
Chand, S., and Kumar, J., 1996. Current transport in
Pd2Si/n-Si(100) Schottky barrier diodes at low temperatures. Applied Physics a-Materials Science and Processing, 63(2), 171–178.
Dobročka, E., and Osvald, J., 1994. Influence of barrier
height distribution on the parameters of Schottky diodes. Applied Physics Letters, 65(5), 575–577.
Güllü, Ö. and Türüt, A., 2008. Photovoltaic and electronic properties of quercetin/p-InP solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 92(10), 1205–1210.
Güllü, Ö., Çankaya, M., Bariş, Ö., Biber, M., Özdemir, H., Güllüce, M., and Türüt, A., 2008. DNA-based organic-on-inorganic semiconductor Schottky structures.
Applied Surface Science, 254(16), 5175–5180. Gümüs, A., Türüt, A., and Yalçin, N., 2002. Temperature
dependent barrier characteristics of CrNiCo alloy Schottky contacts on n-type molecular-beam epitaxy
GaAs. Journal of Applied Physics, 91(1), 245–250. Gunduz, B., Yahia, I. S., and Yakuphanoglu, F., 2012.
Electrical and photoconductivity properties of p-Si/P3HT/Al and p-Si/P3HT:MEH-PPV/Al organic
devices: Comparison study. In Microelectronic Engineering (Vol. 98, pp. 41–57).
Gupta, R. K., Ghosh, K., and Kahol, P. K., 2009.
Fabrication and electrical characterization of Schottky diode based on 2-amino-4, 5-imidazoledicarbonitrile (AIDCN). Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 41(10),
1832–1834. Hackam, R., Harrop, P., 1972. Electrical properties of
barrier diodes. IEEE Transactions on Electron Devices 19(12), 1231 – 1238.
Hardikar, S., Hudait, M. K., Modak, P., Krupanidhi, S. B., and Padha, N., 1999. Anomalous current transport in
Au/low-doped n-GaAs Schottky barrier diodes at low temperatures. Applied Physics A: Materials Science and Processing, 68(1), 49–55.
Horváth, Z. J., 1988. Domination of the thermionic-field
emission in the reverse I-V characteristics of n-type GaAs Schottky contacts. Journal of Applied Physics, 64(12), 6780–6784.
Horváth, Z. J., 1992. A New Approach to Temperature Dependent Ideality Factors in Schottky Contacts. MRS Proceedings, 260.
Huang, W. C., Lin, T. C., Horng, C. T., and Chen, C. C.,
2013. Barrier heights engineering of Al/p-Si Schottky contact by a thin organic interlayer. Microelectronic Engineering, 107, 200–204.
Hudait, M. K., Venkateswarlu, P., and Krupanidhi, S. B.,
2001. Electrical transport characteristics of Au/n-GaAs Schottky diodes on n-Ge at low temperatures. Solid-State Electronics, 45(1), 133–141.
Ilhan, S., 2008. Preparation and characterization of binuclear CuII complexes derived from diamines and dialdehydes. Journal of Coordination Chemistry, 61(18), 2884–2895.
Jones, F. E., Wood, B. P., Myers, J. a, Daniels -Hafer, C., and Lonergan, M. C., 1999. Current transport and the role of barrier inhomogeneities at the high barrier n-
InP vertical bar poly(pyrrole) interface. Journal of Applied Physics, 86(1999), 6431–6441.
Düşük Sıcaklıklarda Au/Organometalik Kompleks/n-S Yapısının Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi, Özaydın
1201
Kampen, T. U., Park, S., and Zahn, D. R. T., 2002. Barrier height engineering of Ag/GaAs(100) Schottky contacts by a thin organic interlayer. In Applied Surface Science (Vol. 190, pp. 461–466).
Kampen, T., Schüller, A., Zahn, D. R. T., Biel, B., Ortega, J., Pérez, R., and Flores, F., 2004. Schottky contacts on passivated GaAs(1 0 0) surfaces: Barrier height
and reactivity. In Applied Surface Science (Vol. 234, pp. 341–348).
Karataş, Ş., Altindal, Ş., Türüt, A., and Özmen, A., 2003. Temperature dependence of characteristic
parameters of the H-terminated Sn/p-Si(1 0 0) Schottky contacts. Applied Surface Science, 217(1–4), 250–260.
Keffous, A., Siad, M., Mamma, S., Belkacem, Y., Lakhdar
Chaouch, C., Menari, H., … Chergui, W., 2003. Effect of series resistance on the performance of high resistivity sil icon Schottky diode. Applied Surface
Science, 218(1–4), 336–342. Mönch, W., 1999. Barrier heights of real Schottky
contacts explained by metal -induced gap states and lateral inhomogeneities. Journal of Vacuum Science
and Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, 17(4), 1867
Neamen, D.A., 1992. Semiconductors Physics and
Devices, R. R. Donnelley and Sons Company, Sydney, s326-360.
Norde, H., 1979. A modified forward I -V plot for Schottky diodes with high series resistance. Journal
of Applied Physics, 50(7), 5052–5053 Osvald, J., 2003. New aspects of the temperature
dependence of the current in inhomogeneous Schottky diodes. Semiconductor Science and
Technology, 18 L24. Osvald, J., and Horváth, Z., 2004. Theoretical study of
the temperature dependence of electrical
characteristics of Schottky diodes with an inverse near-surface layer. Applied Surface Science, 234(1–4), 349–354.
Padovani, F. A., and Sumner, G. G., 1965. Experimental
study of gold-gallium arsenide Schottky barriers. Journal of Applied Physics, 36(12), 3744–3747.
Rajesh, K. R., and Menon, C. S., 2007. Study on the device characteristics of FePc and FePcCl organic thin
fi lm Schottky diodes: Influence of oxygen and post deposition annealing. Journal of Non-Crystall ine Solids, 353(4), 398–404.
Riedo, E., Chevrier, J., Comin, F., and Brune, H., 2001. Nanotribology of carbon based thin fi lms: The influence of fi lm structure and surface morphology. Surface Science, 477(1), 25–34.
Rhoderick, E.H., Will iams, R.H., 1988. Metal –Semiconductor Contacts, 2nd ed. Clarendon Press, Oxford, s45-50.
Ru, G. P., Van Meirhaeghe, R. L., Forment, S., Jiang, Y. L., Qu, X. P., Zhu, S., and Li, B. Z., 2005. Voltage dependence of effective barrier height reduction in inhomogeneous Schottky diodes. Solid-State
Electronics, 49(4), 606–611
Ruzgar, S., Caglar, Y., Il ican, S., and Caglar, M., 2017. Modification of gate dielectric on the performance of copper (II) phthalocyanine based on organic field effect transistors. Optik, 130.
Sahin, C., Oner, I., and Varlikli, C., 2014. Structural and optical properties of new yellow emitting iridium(III ) complexes and their application as an active layer
component in white organic l ight-emitting diodes. RSC Adv., 4(87), 46831–46839.
Shirota, Y., 2000. Organic materials for electronic and optoelectronic devices. Journal of Materials
Chemistry, 10, 1–25. Song, Y. P., Van Meirhaeghe, R. L., Laflère, W. H., and
Cardon, F., 1986. On the difference in apparent barrier height as obtained from capacitance-voltage
and current-voltage-temperature measurements on Al/p-InP Schottky barriers. Solid State Electronics, 29(6), 633–638.
Sullivan, J. P., Tung, R. T., Pinto, M. R., and Graham, W. R., 1991. Electron transport of inhomogeneous Schottky barriers: A numerical study. Journal of Applied Physics, 70(12), 7403–7424.
Sze, S.M.,1981. Physics of Semiconductor Devices, 2nd ed. Wiley, New York, s134-191.
Tang, C. W., 1986. Two-layer organic photovoltaic cell.
Applied Physics Letters, 48(2), 183–185. Temirci, C., Gülcan, M., Goksen, K., and Sönmez, M.,
2011. Metal/semiconductor contact properties of Al/Co(II)complex compounds. Microelectronic
Engineering, 88(1), 41–45. Tung, R. T., 1992. Electron transport at metal -
semiconductor interfaces: General theory. Physical Review B, 45(23), 13509–13523.
Vanalme, G. M., Goubertt, L., Van Meirhaeghe, R. L., Cardon, F., and Van Daele, P., 1999. Ballistic electron emission microscopy study of barrier height
inhomogeneities introduced in Au/III -V semiconductor Schottky barrier contacts by chemical pretreatments. Semiconductor Science and Technology, 14(9), 871–877.
Vearey-Roberts, A. R., and Evans, D. A., 2005.
Modification of GaAs Schottky diodes by thin organic interlayers. Applied Physics Letters, 86(7), 1–3.
Werner, J. H., and Güttler, H. H., 1991. Barrier inhomogeneities at Schottky contacts. Journal of Applied Physics, 69(3), 1522–1533.
Werner, J. H., and Güttler, H. H., 1993. Temperature dependence of Schottky barrier heights on sil icon. Journal of Applied Physics, 73(3), 1315–1319.
Zahn, D. R. T., Kampen, T. U., and Méndez, H., 2003.
Transport gap of organic semiconductors in organic modified Schottky contacts. In Applied Surface Science (Vol. 212–213, pp. 423–427).
Düşük Sıcaklıklarda Au/Organometalik Kompleks/n-S Yapısının Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi, Özaydın
1202
Zhong, C., Wu, Q., Guo, R., and Zhang, H., 2008. Synthesis and luminescence properties of polymeric complexes of Cu(II), Zn(II) and Al(III) with functionalized polybenzimidazole containing 8-
hydroxyquinoline side group. Optical Materials, 30(6), 870–875.